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綜合百科

黑林錯覺的原理和圖片(科學(xué)家的那些奇怪圖像)

2023-07-29 17:45:22 來源:互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)載或整理

人體80%以上的外界信息經(jīng)由視覺獲得。通過眼睛,我們可以看到大小、形狀、明暗、顏色、動靜。絕大多數(shù)時候,眼睛是我們的忠實伙伴,但是有時候也會“開小差”。

“不同”的圓

相同大小的黃色圓,左邊的卻看起來更小

在上圖中,乍一眼看過去,我們似乎覺得左邊的黃色圓圈要比右邊的黃色圓圈小,而實際上,二者是同樣大小的。這是一種叫做艾賓浩斯錯覺(Ebbinghaus illusion)現(xiàn)象。由德國心理學(xué)家赫爾曼·艾賓浩斯首先發(fā)現(xiàn)。

赫爾曼·艾賓浩斯

此外,艾賓浩斯不僅在錯覺方面有著卓越的研究,還在記憶方面有著突出的成果。比如艾賓浩斯遺忘曲線,如雷貫耳!該曲線描述地是人記憶新知識時的遺忘規(guī)律。

艾賓浩斯遺忘曲線

人們可根據(jù)這條遺忘規(guī)律曲線,在適當(dāng)時刻強化記憶,就可以高效地進行學(xué)習(xí)!

“更長”的線段

同樣長的線段,下方的卻看起來更長

如果說艾賓浩斯錯覺是對大小的誤判,而人們對長度也可以存在類似的誤判。歷史上,這種線段長度上的錯覺叫做繆勒萊耶錯覺(Müller-Lyer illusion。該現(xiàn)象由德國心理學(xué)家、社會學(xué)家弗蘭西斯·卡爾·繆勒萊耶提出。

在20世紀(jì)之交時,英國神經(jīng)學(xué)家威廉·哈爾斯·里弗斯(William Halse Rivers)發(fā)現(xiàn),生活在澳大利亞的穆雷島的土著人,對該現(xiàn)象的感知似乎并不明顯。

威廉·哈爾斯·里弗斯

里弗斯認為可能是因為相較于原住民,歐洲人生活在更多充滿直線的空間環(huán)境里。

為什么造成這種錯覺呢?理查德·格雷戈里等科學(xué)家認為,可能與人感知空間角度有關(guān)。

比如,我們在房間里,看見的是眼前一幕:

墻角寬度和桌子寬度長度,在我們現(xiàn)在這個平面上是相等的(即紅色線段相等),但是3維視覺告訴我們,墻角寬度要明顯長于桌子寬度。這是由于3維角度視覺上的差異所導(dǎo)致的。

房間一幕:3維空間上的視覺差異

而往往與這種3維視覺顯著相關(guān)的特性中,向外展開的線條(即紅線段左右打開的部分)往往提示縱深較遠(與我們的眼睛距離較遠),而向內(nèi)的線條則提示縱深較淺。

所以,當(dāng)兩根相近的線段進行對比時,3維視覺上的特性會傾向告訴我們,那根遠處的線段要更長!

當(dāng)然,除了這種解釋,還有另外一種空間視覺上的解釋:明亮度差別導(dǎo)致了長度上的錯覺。比如下圖中,藍色線段和黑色線段長度是不變且相等的。當(dāng)“小翅膀”向圓心靠攏,導(dǎo)致中間密度增強,導(dǎo)致信號量增強,而間隔部信號減弱,于是,人眼就認為這些線段在“變長”。

明亮度差別導(dǎo)致了長度上的錯覺

彎曲的“平行線”

平行的直線,卻在中間部看起來在彎曲

上方圖像中,是不是看起來兩條藍色直線在中間部是彎曲的?實際上,這兩條直線是平行的。這種現(xiàn)象叫做黑林錯覺(Hering illusion)。

其由德國生理學(xué)家和心理學(xué)家愛德華.黑林于1861年提出的一種方向錯覺。

愛德華.黑林

該圖像的制作很簡單,只需要在兩條平行的直線間,用很多密集相交的直線進行分割即可。給人的視覺上的效果就是這兩條平行線會向外彎曲,而且中間越密集的部分,彎曲的程度越明顯。

為什么會這樣呢?黑林認為這是因為人眼對角度的過分夸大效應(yīng)。簡單來講,就是在相交越密集的部分,視覺角度改變越顯著,進而給大腦錯覺,認為該處的直線部分與其它部分存在角度,造成了“不平行”的錯覺。

當(dāng)然,也有人認為這也是由于側(cè)抑制引起的視覺錯覺。而關(guān)于什么是側(cè)抑制,文章后部分詳細介紹。

“錯位的”直線

如果一條直線以某個角度消失于一個實體表面后,隨即又出現(xiàn)于該實體的另一側(cè),看上去會有些“錯位”。

一條“筆直的”直線卻被看成錯位

波根多夫錯覺(Poggendorf illusion)也是一種視錯覺。這與視神經(jīng)細胞在感受光線刺激時,受到了旁邊細胞的影響,而很難直接與本是同一條直線的部分進行聯(lián)系,于是出現(xiàn)了“斷層”。

“不平行的”平行線

佐爾拉錯覺(Zollner illusion)則指的是一些平行線由于一些附加線段的影響而看成不平行的現(xiàn)象。

明明平行的直線,卻看起來不平行

這也被認為與側(cè)抑制等相關(guān)。而關(guān)于側(cè)抑制,文章后面內(nèi)容會細講。

“像螺旋的”圓圈

明明是圓,看起來卻像螺旋

Fraser螺旋錯覺指的是黑白混合一圈圈的弧看起來是一個螺旋,其實它們是由一組同心圓構(gòu)成。該現(xiàn)象由英國心理學(xué)家詹姆斯·費雷澤(Sir James Fraser)發(fā)現(xiàn)。它的原理和上述的佐爾拉錯覺是類似的。也和視網(wǎng)膜上視覺細胞電信號上的側(cè)抑制相關(guān)。

“運動的”錯覺

靜止的圖像看起來卻像在在滾動

上圖中,從遠處不仔細看,我們會發(fā)現(xiàn)它是靜止的。當(dāng)我們走進,用眼睛盯住它的一部分,就隱約感覺到周圍的部分在動,但是,定睛一看又發(fā)現(xiàn)它是靜止的??偟目磥?,感覺像是在滾動。

同理也可見于下圖,只不過它是如海浪一般“波動”的!

它在“波動??

細胞信號側(cè)抑制可能是最深層的原因

為了方便理解,我們現(xiàn)在做這樣一個測試:

我們將眼睛注視下面這張圖,不用死死地盯住某一部分,整體的看過去,然后我們就會隱約看見在白條和白條重疊的“十字路口”處,似乎有一些黑點在閃動,但是當(dāng)我們定睛盯住那個閃動的位置,又會發(fā)現(xiàn)那只是白色區(qū)域。

如果不是特別明顯的話,下面這種圖就更明顯,白色的圓圈里似乎有黑點在閃動。

上述現(xiàn)象,其實叫做赫爾曼現(xiàn)象。和之前舉例的錯覺現(xiàn)象很多都有一個類似的最基礎(chǔ)的原理:細胞電信號側(cè)抑制。

就像人和人通過說話、肢體語言等相互間溝通交流,細胞和細胞之間的溝通最重要的交流方式就是細胞膜的電信號。細胞電信號的傳導(dǎo),有賴于細胞的動作電位的產(chǎn)生,而動作電位的產(chǎn)生有賴于細胞內(nèi)外分布不均的鈉離子和鉀離子。

細胞借助自身的能源物質(zhì)(比如三磷酸腺苷,簡稱ATP),將細胞內(nèi)的鈉離子通過離子通道運輸?shù)郊毎猓瑫r將外側(cè)的鉀離子帶入進細胞內(nèi)。如此運轉(zhuǎn)一段時間,就可以在細胞內(nèi)外形成離子濃度差

鈉鉀離子轉(zhuǎn)運構(gòu)成離子濃度差是細胞產(chǎn)生電信號的基礎(chǔ)

巨大的離子濃度差,就好比發(fā)電大壩上方的水流到低處所具有的巨大勢能。當(dāng)細胞膜受到擾動,細胞膜外的鈉離子就可以通過特定的離子通道快速浸入細胞內(nèi)。而離子的運動,就形成了電流。于是,一股電流就在細胞膜上擴散開來。

細胞膜電信號的產(chǎn)生及傳導(dǎo)

細胞就是以這種特定的電流信號來編碼信息,相互間溝通交流。比如,當(dāng)我們的眼睛看外界事物時,光在透過角膜、晶狀體,會聚,最終照射在視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜上的細胞,立刻感知到這種變化,引起細胞表面的鈉離子內(nèi)流,產(chǎn)生電信號。該信號最終會通過視神經(jīng)傳輸出去,給大腦進行分析。

視覺系統(tǒng)

但是,視網(wǎng)膜上的細胞進行排列時,是一個挨著一個的,但是細胞們又共用一個細胞外液。當(dāng)有的細胞在產(chǎn)生動作電位時,它勢必會消耗掉數(shù)量客觀的鈉離子。而與它鄰近的細胞,則沒有足夠的鈉離子可以用,于是產(chǎn)生的電信號不得不受影響。

視網(wǎng)膜上細胞相鄰排列,是側(cè)抑制的基礎(chǔ)

而所謂側(cè)抑制,指的就是鄰近細胞間的相互抑制。簡單概括就是,當(dāng)細胞某個部位產(chǎn)生了大電信號反應(yīng),它臨近的部位就會因此而被抑制。

如此就可以解釋赫爾曼現(xiàn)象了:

在白條與白條交界的部位,四邊都亮白色的,但是白條其它的部分都只有兩邊是亮白色的。強烈的四邊亮白色信號,消耗了足夠的鈉離子,使得白條與白條交界部位出現(xiàn)信號抑制,于是就看到了暗黑色。

但是,因為這種抑制是暫時性的,在我們集中注意力,調(diào)集其它視網(wǎng)膜細胞去感知這部分時,這是一切又恢復(fù)正常。

而此前所列舉的種種現(xiàn)象,就是在這種基礎(chǔ)上,結(jié)合大腦對相關(guān)細胞的習(xí)慣性解釋,于是就產(chǎn)生了各種各樣的錯覺。


無論是艾賓浩斯錯覺“大小不等的”圓圈,還是繆勒萊耶“長度不等的”線段,抑或佐爾拉的“不平行的”直線,事實再次告訴我們,“親眼所見”可不一定可靠。

但是,人類最厲害的地方,在于我們強大發(fā)達的前額葉。這里儲存著我們的邏輯思考,這里有著我們對世界的精密計算。它能幫助我們克服種種矛盾,得到一個“真實”的解釋。

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